JP2003163297A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学フィルタ機能を有する透光性蓋体と基体
との接着強度を向上させるとともに、低コストで作製で
きる透光性蓋体を有する小型化された高信頼性の光半導
体装置を提供すること。 【解決手段】 上面に凹部４ａが形成された基体４と、
凹部４ａの底面に載置された光半導体素子２と、基体４
の上面の凹部４ａの周囲に紫外線硬化型樹脂を介して取
着された板状の透光性蓋体３とを具備して成り、透光性
蓋体３の凹部４ａ側の主面に所定の波長領域の光を遮断
するための光学薄膜３ａが被着されているとともに、光
学薄膜３ａのうち基体４の上面の凹部４ａの周囲に取着
される領域が機械的加工により除去されている。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ（Charge C
oupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxi
de Semiconductor）センサ等の受光素子である光半導体
素子またはこれらの受光部を有する光半導体素子を具備
した光半導体装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の受光
素子である光半導体素子またはこれらの受光部を有する
光半導体素子を具備した光半導体装置において、入力映
像はレンズを介して集光され、所定の波長領域の光を遮
断するための光学薄膜が被着された透光性部材（以下、
光学フィルタという）を経た後に、透光性蓋体を介し光
半導体素子の受光部に入力される。 【０００３】また、近年、光半導体素子用パッケージを
気密封止するための透光性蓋体に光学薄膜を被着させる
ことにより、透光性蓋体に光学フィルタ機能を持たせて
光半導体装置を小型化、低背化する構造が益々要求され
ており、その従来例を図３に示す。図３において、１０
１は、基体１０４、光半導体素子１０２、および光学薄
膜１０３ａが被着された透光性蓋体１０３から主に構成
される光半導体装置である。１０４ａは基体１０４の上
面に形成された凹部である。また、１０７は基体１０４
の凹部１０４ａの底面の外周部に設けられた電極パッ
ド、１０６はボンディングワイヤ、１０５は基体１０４
の上面の凹部１０４ａの周囲の略全周に設けられた熱硬
化型樹脂から成る樹脂層、１０３はガラス等から成ると
ともに光学薄膜１０３ａが被着された透光性蓋体であ
る。 【０００４】光半導体素子１０２は、セラミックス等か
らなる基体１０４の上面に形成された凹部１０４ａの底
面に接着固定されており、凹部１０４ａの底面で光半導
体素子１０２の周囲に配置された電極パッド１０７か
ら、Ａｕ，Ａｌから成るボンディングワイヤ１０６によ
って、外部電気回路等に接続されるメタライズ配線等か
ら成る基体１０４の電極に電気的に接続される。 【０００５】透光性蓋体１０３は、所定の波長領域の光
を遮断する光学薄膜１０３ａが被着されたガラス等から
なる透光性部材であり、基体１０４の上面の凹部１０４
ａの周囲の略全周に設けられた樹脂層１０５により基体
１０４に取り付けられている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光半導体装置においては、透光性蓋体１０３は所定
の波長領域の光を遮断する光学フィルタとしての役割を
有するが、その光学フィルタは赤外線領域を遮断すると
ともに紫外線領域も遮断するため、透光性蓋体１０３の
取り付けには紫外線硬化型樹脂を使用できなかった。こ
のため、熱硬化型樹脂１０５を用いなければならない。
その結果、光半導体素子１０２の上面に形成された受光
部上に設けられたカラー光学フィルタおよびマイクロレ
ンズ等が熱硬化型樹脂１０５の硬化時の熱により機能し
なくなるという問題点があった。 【０００７】そこで、紫外線硬化型樹脂を使用できるよ
うにするために、光学薄膜１０３ａをマスク蒸着法やフ
ォトリソグラフィ法等により、透光性蓋体１０３が接着
される部位に光学薄膜１０３ａを被着しなかったり、透
光性蓋体１０３が接着される部位の光学薄膜１０３ａを
エッチング法で除去する方法が考えられる。しかし、こ
の場合、一般にガラス等から成る透光性蓋体１０３の表
面は鏡面状になっており、その算術平均粗さＲａは０．
０１μｍ以下であるため、透光性蓋体１０３の接着部で
ある下面の外周部で、透光性蓋体１０３にその主面の面
方向に略平行な外力が加わった際等には透光性蓋体１０
３が基体１０４から剥離する場合があった。即ち、透光
性蓋体１０３の接着強度が不十分であり、外力や機械的
衝撃に弱いという問題点があった。また、上記のような
方法で光学薄膜１０３ａを設けた透光性蓋体１０３を作
製すると、マスクおよびマスクを取り付けるための治工
具等が必要であり、製造コストが高くなるという問題点
があった。 【０００８】従って、本発明は上記従来技術における問
題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光学
フィルタ機能を有する透光性蓋体と基体との接着強度を
向上させるとともに、低コストで作製できる透光性蓋体
を有する小型化された高信頼性の光半導体装置を提供す
ることにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、上面に凹部が形成された基体と、前記凹部の底面に
載置された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部
の周囲に紫外線硬化型樹脂を介して取着された板状の透
光性蓋体とを具備して成り、該透光性蓋体の前記凹部側
の主面に所定の波長領域の光を遮断するための光学薄膜
が被着されているとともに、前記光学薄膜のうち前記基
体の上面の前記凹部の周囲に取着される領域が機械的加
工により除去されていることを特徴とする。 【００１０】本発明は、上記の構成により、光学薄膜の
うち基体の上面の凹部の周囲に取着される領域が切削法
等の機械的加工により除去されるので、その領域の表面
の算術平均粗さは０．２〜５．０μｍ程度と粗面になっ
ているため、透光性蓋体の接着強度が大幅に向上する。
また、透光性蓋体の取着される領域の光学薄膜は除去さ
れるため、その領域を紫外線が透過することになり、紫
外線硬化型樹脂を使用して接着することができる。その
結果、光半導体素子の上面の受光部に設けられたカラー
光学フィルタやマイクロレンズが接着時の熱で劣化する
ことがないため、信頼性の高い光半導体装置となる。ま
た、透光性蓋体の取着される領域に光学薄膜を形成しな
いためにマスク蒸着法やフォトリソグラフィ法等を用い
る必要がないため、低コストに製造できる。さらに、透
光性蓋体は光学フィルタの機能を有しており、別個に光
学フィルタを備える必要がないため、光半導体装置の小
型化、低背化が可能となる。 【００１１】 【発明の実施の形態】本発明の光半導体装置について以
下に詳細に説明する。図１は本発明の光半導体装置につ
いて実施の形態の一例を示す断面図であり、図１に示す
ように、本発明の光半導体装置は、上面に凹部４ａが形
成された基体と、凹部４ａの底面に載置された光半導体
素子２と、基体４上面の凹部４ａの周囲の略全周に設け
られた紫外線硬化型の樹脂層５と、樹脂層５の上部で接
着されて光半導体素子２を封止する板状の透光性蓋体３
とを具備している。この透光性蓋体３は所定の波長領域
の光を遮断するための光学薄膜３ａが凹部４ａ側の主面
（下側主面）に被着されており、光学薄膜３ａのうち基
体４の上面の凹部４ａの周囲に取着される領域が機械的
加工により除去され、その領域が切削部３ｂとなってい
る。なお、図１で１は光半導体素子収納用パッケージで
ある。 【００１２】本発明の基体４はセラミックス，樹脂等の
絶縁材料からなり、基体４は底板部と底板部の上面の外
周部に接合された別体の枠状の側壁部とから構成されて
いる。また、基体４は底板部と側壁部とが一体的に形成
された略直方体のものであってもよい。この基体４の凹
部４ａの底面の外周部には電極パッド７が設けられてお
り、半導体素子２の上面の電極がその電極パッド７にＡ
ｕ、Ａｌ等からなるボンディングワイヤ６によって電気
的に接続されている。 【００１３】本発明の基体４は、セラミックスから成る
場合、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）セラミックス、炭化珪素（ＳｉＣ）セ
ラミックス、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）セラミックス、ガラ
スセラミックス等のセラミックスから成る。基体４は、
外部回路基板等に実装される際の熱で膨張し、半導体素
子２にストレスを与える場合があることから、熱膨張係
数が５×１０^-6〜１０×１０^-6／℃程度と小さいアルミ
ナを主成分としたセラミックスが好ましい。 【００１４】また、本発明の透光性蓋体３は、半導体素
子２がＣＣＤ等の外光を受光する光半導体素子である場
合、ガラス，石英，サファイヤ（単結晶アルミナ），透
明樹脂等からなる透光性のものがよい。この透光性蓋体
３は、その外形寸法が基体４上面の外形寸法より小さ
く、基体４の凹部４ａよりは大きいものが好ましい。 【００１５】また、透光性蓋体３の切削部３ｂの面積は
樹脂層５を介して取着される接着領域の面積の９０〜１
００％がよい。９０％未満だと、紫外線硬化樹脂から成
る樹脂層５が紫外線（ＵＶ）照射されても接着領域の面
積に比べてＵＶの透過領域の面積が小さくなるため硬化
が不十分となり、透光性蓋体３と基体４の接着強度が弱
くなる。１００％より大きくなると、切削部３ｂは粗面
となっているため切削部３ａに樹脂層５に覆われない露
出した部位が存在することになり、その結果この露出し
た部位の影響で散乱光が発生し光半導体素子２の受光特
性に悪影響を与えることがある。 【００１６】光学薄膜３ａは、チタン（Ｔｉ）、シリコ
ン（Ｓｉ）、ジルコニア（Ｚｒ）、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）等を、真空蒸
着法、高周波イオンプレーティング法、スパッタリング
法等により、多層積層して形成され、その層数や厚みや
層構成は要求される光学特性により異なるが、光学薄膜
３ａの総厚みは０．１〜５．０μｍが好ましい。０．１
μｍ未満だと耐スクラッチ性が不十分なため、所定の波
長領域における光の透過防止効果が不安定になり易く、
５．０μｍより大きくなると、膜応力により光学薄膜３
ａ膜が剥離することがある。 【００１７】半導体素子２は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
集積回路素子、または半導体レーザ（ＬＤ），フォトダ
イオード（ＰＤ），ラインセンサ，イメージセンサ，Ｃ
ＣＤ，ＣＭＯＳセンサ，ＥＰＲＯＭ（Erasable and Pro
grammable ＲＯＭ）等の受光用の光半導体素子、または
これらの受光部を有する光半導体素子である。 【００１８】樹脂層５は、アクリル系樹脂、エポキシ系
樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエーテルアミド系樹脂等
から成る。また樹脂層５は、余計な外光の入射を遮断す
るために、黒色、茶色、暗緑色、濃青色等の暗色系の染
料、カーボン、酸化鉄等の顔料を混入させても良い。こ
の樹脂層５はディスペンサ装置を用いて基体４の上面に
塗布して形成する。透光性蓋体３を接着する際には、基
体４上面に樹脂層５を塗布し、透光性蓋体３を加圧した
後、ＵＶ照射装置を用いて樹脂層５にＵＶ照射を行い硬
化させることにより、基体４と透光性蓋体３とを強固に
接合できる。 【００１９】図２に本発明の透光性蓋体３を多数個取り
で作製するための母基板７の平面図および断面図を示
す。図２のように、母基板７において、３ｂは光学薄膜
３ａが機械的加工により除去されて、紫外線硬化型樹脂
を介して基体４に取着される領域である。８は母基板７
を個片に切断するための切断しろである。この透光性蓋
体３は、板状の透光性基板の全面に光学薄膜３ａを被着
した後、ダイシングソー等を用いた機械的加工により切
削部３ｂを容易に形成することができる。切削面の表面
の算術平均粗さは０．２〜５．０μｍが好ましく、０．
２μｍ未満では、アンカー効果が得られないため接着強
度が低下する。５．０μｍを超えると、切削部３ｂに接
する樹脂層５中に微小なボイドが発生し易くなるため、
接着強度が低下する。また、切削する際に透光性蓋体３
の端部に欠けやクラックが発生しやすくなる。 【００２０】透光性蓋体３は以下のようにして作製され
る。ガラス等の母基板７の全面に光学薄膜３ａを被着
し、機械的加工で光学薄膜３ａと母基板７の一部を除去
し、基体４と透光性蓋体３が樹脂層５を介して取着され
る領域となる切削部３ｂを形成する。次に、機械的加工
によって個片に切断することにより作製される。なお、
切削部３ｂの表面粗さはダイシングソーの砥粒の大きさ
を変えることにより、容易に制御することができる。 【００２１】上記のようにマスク蒸着法やフォトリソグ
ラフィ法等を用いることなく、透光性蓋体３の基体４に
取着される領域の光学薄膜３ａを除去して、光学フィル
タ機能を有した透光性蓋体３が得られるため、マスク蒸
着法やフォトリソグラフィ法等に必要となるマスクおよ
びマスクを取り付けるための治工具等が不要となる。そ
の結果、光学フィルタ機能を有した透光性蓋体３が低コ
ストで得られる。 【００２２】また、透光性蓋体３は基体４に取着される
領域に光学薄膜３ａが形成されないため、紫外線硬化型
の樹脂層５を使用して基体４に接着することができる。
その結果、光半導体素子２の機能が透光性蓋体３接着時
の熱により劣化することがなく、信頼性の高い光半導体
装置が得られる。 【００２３】 【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。 【００２４】（実施例）まず、外形寸法が縦１００ｍｍ
×横１００ｍｍ×厚み０．５ｍｍのガラスから成る母基
板７の一方主面の全面に、蒸着法を用いて、厚さ０．１
μｍのＳｉＯ₂層、２層で厚さ０．１μｍのＺｒＯ₂層と
ＴｉＯ₂層、厚さ０．１μｍのＺｒＯ₂層、厚さ０．１μ
ｍのＳｉＯ₂層を順次積層し、総厚み０．４μｍの光学
薄膜３ａを被着した。これにより、紫外線領域である３
５０ｎｍ以下の波長領域および赤外線領域である７５０
ｎｍ以上の波長領域を９０％以上遮断する光学薄膜３ａ
が得られた。次に、光学薄膜３ａの被着面に、図２のよ
うなパターンで、スライサーを用いて１２．６ｍｍの繰
り返し間隔で幅４．０ｍｍ、深さ約３０μｍ程度の切削
部３ｂを形成した。その後、切削部３ｂの幅の中央部
（切断しろ８部）をダイシングソーを用いて切断し、光
学フィルタ機能を有した透光性蓋体３を作製した。 【００２５】また、比較例として、切削部３ｂを形成し
ないこと以外は上記実施例と同様にして、光学フィルタ
機能を有した透光性蓋体１０３（図３）を作製した。 【００２６】次に、ＣＣＤから成る光半導体素子２を収
容したアルミナセラミックスから成る基体４の上面に、
エポキシ樹脂から成る樹脂層５を塗布し、透光性蓋体３
を載置した。次に、２４５００Ｐａの加重で透光性蓋体
３を上方より加圧し、約６Ｊ／ｃｍ²のエネルギーで波
長３６５ｎｍの紫外線を照射することにより樹脂層５を
硬化させて、本発明の光半導体装置Ａを５個作製した。 【００２７】また、図３に示すように、ＣＣＤから成る
光半導体素子１０２を収容したアルミナセラミックから
成る基体１０４の上面に、エポキシ樹脂から成る樹脂層
１０５を塗布し、透光性蓋体１０３を載置した。次に、
２４５００Ｐａの加重で透光性蓋体１０３を上方より加
圧し、約６Ｊ／ｃｍ²のエネルギーで波長３６５ｎｍの
紫外線を照射することにより樹脂層１０５を硬化させ
て、比較例の光半導体装置Ｂを５個作製した。 【００２８】そして、光半導体装置Ａ，Ｂについて、透
光性蓋体３，１０３の接着強度を測定するために、光半
導体装置Ａ，Ｂを固定した状態で透光性蓋体３，１０３
を上方に引張る引張り強度試験を行った。この評価結果
を下記表１に示す。 【００２９】 【表１】 【００３０】表１より、本発明の光半導体装置Ａは比較
例の光半導体装置Ｂに比べて引張り強度が平均値で２８
％向上したことが判った。 【００３１】なお、本発明は上記実施の形態および実施
例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変更を施すことは何ら差し支えない。 【００３２】 【発明の効果】本発明は、上面に凹部が形成された基体
と、凹部の底面に載置された光半導体素子と、基体の上
面の凹部の周囲に紫外線硬化型樹脂を介して取着された
板状の透光性蓋体とを具備して成り、透光性蓋体の凹部
側の主面に所定の波長領域の光を遮断するための光学薄
膜が被着されているとともに、光学薄膜のうち基体の上
面の凹部の周囲に取着される領域が機械的加工により除
去されていることにより、光学薄膜のうち基体の上面の
凹部の周囲に取着される領域が切削法等の機械的加工に
より除去されるので、その領域の表面の算術平均粗さは
０．２〜５．０μｍ程度と粗面になっているため、透光
性蓋体の接着強度が大幅に向上する。 【００３３】また、透光性蓋体の取着される領域の光学
薄膜は除去されるため、その領域を紫外線が透過するこ
とになり、紫外線硬化型樹脂を使用して接着することが
できる。その結果、光半導体素子の上面の受光部に設け
られたカラー光学フィルタやマイクロレンズが接着時の
熱で劣化することがないため、信頼性の高い光半導体装
置となる。また、透光性蓋体の取着される領域に光学薄
膜を形成しないためにマスク蒸着法やフォトリソグラフ
ィ法等を用いる必要がなく、低コストに製造できる。さ
らに、透光性蓋体は光学フィルタの機能を有しており、
別個に光学フィルタを備える必要がないため、光半導体
装置の小型化、低背化が可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の光半導体装置について実施の形態の一
例を示す断面図である。 【図２】本発明の光半導体装置における透光性蓋体を作
製するための母基板の平面図および断面図である。 【図３】従来の光半導体装置の断面図である。 【符号の説明】 １：光半導体素子収納用パッケージ ２：光半導体素子 ３：透光性蓋体 ３ａ：光学薄膜 ３ｂ：切削部 ４：基体 ４ａ：凹部 ５：紫外線硬化型の樹脂層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 上面に凹部が形成された基体と、前記凹
   部の底面に載置された光半導体素子と、前記基体の上面
   の前記凹部の周囲に紫外線硬化型樹脂を介して取着され
   た板状の透光性蓋体とを具備して成り、該透光性蓋体の
   前記凹部側の主面に所定の波長領域の光を遮断するため
   の光学薄膜が被着されているとともに、前記光学薄膜の
   うち前記基体の上面の前記凹部の周囲に取着される領域
   が機械的加工により除去されていることを特徴とする光
   半導体装置。